DE68924284T2

DE68924284T2 - High pressure liquid chromatography column.

Info

Publication number: DE68924284T2
Application number: DE1989624284
Authority: DE
Inventors: William G America
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2009-02-11
Also published as: EP0328146A2; EP0328146A3; EP0328146B1; DE68924284D1

Description

Die vorliegende Erfindung findet in dem Gebiet der Flüssigkeitschromatographie Anwendung und betrifft eine Säulenanordnung, die zwischen einem Flüssigkeitschromatographieinjektor und einem Detektor angeschlossen ist.The present invention finds application in the field of liquid chromatography and relates to a column arrangement connected between a liquid chromatography injector and a detector.

Technical background of the invention

In dem Gebiet der Flüssigkeitschromatographie wird eine Flüssigkeit (sog. "mobile Phase") unter hohem Druck durch eine Trenn- oder Verteilungssäule gepumpt, die ein Röhrenelement umfaßt, das mit einem geeigneten, teilchenförmigen Festmaterial (die "stationäre Phase") gefüllt ist. Wenn die flüssige Phase, die eine kleine zu trennende oder zu untersuchende Probe enthält, durch die Säule hindurchtritt, trennen sich die groben Bestandteile in der flüssigen Phase voneinander. Wenn die flüssige Phase aus der Säule abgegeben wird, so wird die Probe in Bänder getrennt, deren Konzentration dann durch einen geeigneten Detektor gemessen wird.In the field of liquid chromatography, a liquid (called the "mobile phase") is pumped under high pressure through a separation or distribution column comprising a tubular element filled with a suitable particulate solid material (the "stationary phase"). As the liquid phase, containing a small sample to be separated or analyzed, passes through the column, the coarse components in the liquid phase separate from each other. When the liquid phase is released from the column, the sample is separated into bands, the concentration of which is then measured by a suitable detector.

Wie aus jedem der Dokumente EP-A-0 205 002 und US-A-3 855 130 ersichtlich ist, umfaßt eine Flüssigkeitschromatographie-Säulenanordnung eine zylindrische Trennsäule, eine flüssigkeitsdurchlässige, scheibenförmige Fritte und eine Säulen-Verbindungsanordnung für jedes Ende der Säule.As can be seen from each of the documents EP-A-0 205 002 and US-A-3 855 130, a liquid chromatography column assembly comprises a cylindrical separation column, a liquid permeable disc-shaped frit and a column connection assembly for each end of the column.

In bestimmten Verwendungssituationen kann es erforderlich sein, daß eine Flüssigkeitschromatographiesäule häufig gewechselt wird. Ein solcher Säulenwechsel kann z.B. notwendig sein, um die Testung einer Probe mit einer Säule zu erlauben, die eine andere stationäre Phase besitzt. Die meisten Säulenwechsel werden durch Entfernen der Säule von der Rohrleitung durchgeführt, die diese an den Detektor und den Probeninjektor anschließt. Dies macht gewöhnlich den Gebrauch von Drehschlüsseln notwendig, was eine Tatsache darstellt, welche es bei bestimmten gewerblichen Anlagen erforderlich machen kann, daß der Chromatographierer eine Wartungsperson hinzuzieht, um den Säulenwechsel auszuführen. Außerdem verursacht der Gebrauch eines Drehschlüssels oder eines anderen Werkzeugs, welches erforderlich ist, um die Anschlußstücke festzuziehen, um diese bei typischen Flüssigkeitschromatographiebetriebsdrücken von 41N/mm² bis 69N/mm² (6.000 bis 10.000 psi) lecksicher zu machen, eine Abnutzung der Verbindungsschraube und der Preßzwinge. Die sich verstärkende Abnutzung führt gegebenenfalls dazu, daß das Anschlußstück bei Flüssigkeitschromatographiebetriebsdrücken ausfällt und einen Ersatz erfordert.In certain usage situations, it may be necessary to change a liquid chromatography column frequently. Such a column change may be necessary, for example, to allow testing of a sample with a column that has a different stationary phase. Most column changes are performed by removing the column from the tubing connecting it to the detector and sample injector. This usually requires the use of wrenches, a fact which in certain commercial installations may require the chromatographer to call in a service person to perform the column change. In addition, the use of a wrench or other tool required to tighten the fittings to make them leak-tight at typical liquid chromatography operating pressures of 41N/mm² to 69N/mm² (6,000 to 10,000 psi) causes wear on the connector screw and ferrule. The compounding wear may cause the fitting to fail at liquid chromatography operating pressures and require replacement.

Die Säulenanordnungs-Einrichtung aus EP-A-0 205 002 überwindet dieses Problem zu einem gewissen Grad. Die Säulenverbindung umfaßt ein Schubelement, das an das Ende der Säule angrenzend, in nächster Lage zu der Fritte und mit dieser in Eingriff stehend angeordnet ist und eine Abschlußdichtung besitzt, welche an dessen sich außen verjüngenden Oberfläche angeordnet ist; eine hohle Zylinderschraube, die die Säule umfaßt und einen äußeren Gewindebereich besitzt; und ein hohles, zylindrisches Einfassungselement mit einem inneren Gewindebereich, der mit dem äußeren Gewindebereich der zylindrischen Schraube in Eingriff steht, um eine feste Anordnung fertigzustellen.The column assembly device of EP-A-0 205 002 overcomes this problem to some extent. The column connection comprises a thrust member disposed adjacent the end of the column, closest to and engaging the frit and having an end seal disposed on its externally tapered surface; a hollow cylinder screw enclosing the column and having an external threaded portion; and a hollow cylindrical collar member having an internal threaded portion engaging the external threaded portion of the cylinder screw to complete a fixed assembly.

Obwohl dieser Stand der Technik einen relativ leichten Säulenwechsel durch einfaches Ab- und Wiederanschrauben des Einfassungselementes erlaubt, wird dennoch mit der vorliegenden Erfindung angestrebt, eine Flüssigkeitschromatographie-Säulenanordnung bereitzustellen, die es selbst bei hohen Betriebsdrücken erlaubt, daß die Säule gewechselt wird, ohne eine entscheidende Abnutzung an dem Abschlußdichtungselement zu verursachen.Although this prior art allows for relatively easy column replacement by simply unscrewing and re-screwing the enclosure element, the present invention nevertheless seeks to provide a liquid chromatography column assembly that allows the column to be changed even at high operating pressures without causing significant wear on the end seal element.

Summary of the invention

Somit war es die Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Flüssigkeitschromatographie-Säulenanordnung bereitzustellen, die es erlauben wird, die Säule zu wechseln, ohne daß der Gebrauch von Handwerkzeugen erforderlich ist, und gleichzeitig jegliche deutliche Abnutzung an dem Abschlußdichtungselement verhindert. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Flüssigkeitschromatographie-Säulenanordnung, die die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale umfaßt.Thus, the object of the invention was to provide a new and improved liquid chromatography column assembly that will allow the column to be changed without requiring the use of hand tools and at the same time prevent any significant wear on the end seal element. The present invention solves this problem by a liquid chromatography column assembly comprising the features specified in claim 1.

Die vorliegende Erfindung ist, kurz gesagt, auf eine neue und verbesserte Hochdrucksäulenanordnung für einen Flüssigkeitschromatographen gerichtet, die eine hohle, zylindrische Säule enthält, welche aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material hergestellt ist. Das Füllmaterial der stationären Phase ist in der Säule angeordnet und eine flüssigkeitsdurchlässige, scheibenförmige Fritte ist an jedem Ende der Säule angeordnet, um das Füllmaterial zurückzuhalten und den Fluß der in die Säule eintretenden mobilen Phase zu verteilen.Briefly, the present invention is directed to a new and improved high pressure column assembly for a liquid chromatograph comprising a hollow, cylindrical column made of a liquid impermeable material. The stationary phase packing material is disposed within the column and a liquid permeable disk-shaped frit is disposed at each end of the column to retain the packing material and to distribute the flow of mobile phase entering the column.

Die Säulenanordnung enthält ein zylindrisches Gehäuse, das die Säule einhüllt, und ist an jedem Ende mit identischen Verbindungen versehen. Jede Verbindungsanordnung enthält ein röhrenförmiges Verbindungselement, das an einem Ende einen sich radial auswärts erstreckenden, ringförmigen Flansch aufweist. Das Verbindungselement ist in bezug auf die Säule koaxial und mit der Vorderfläche des Flansches in gegeneinanderstehender Beziehung zu einem Ende der Säule angeordnet. Die Vorderfläche des Flansches enthält eine konzentrische, ringförmige Rille, die radial angeordnet ist, um sich in Anlage zu dem Ende der Säule und dem äußersten Umfangsbereich der scheibenförmige Fritte zu befinden.The column assembly includes a cylindrical housing enclosing the column and is provided with identical connections at each end. Each connection assembly includes a tubular connection member having a radially outwardly extending annular flange at one end. The connection member is coaxial with the column and is disposed with the front surface of the flange in confronting relation to one end of the column. The front surface of the flange includes a concentric annular groove radially disposed to engage the end of the column and the outermost peripheral portion of the disc-shaped frit.

Eine ringförmige Dichtung ist in der Rille vorgesehen und ragt über die Vorderfläche des Flansches hinaus.An annular seal is provided in the groove and protrudes beyond the front surface of the flange.

Jede Verbindungsanordnung enthält auch ein hohles, zylindrisches Einfassungselement, das an einem Ende einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist, und in koaxial umgebender Beziehung zu dem Verbindungselement und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der sich nach innen erstreckende Flansch des Einfassungselementes und der sich nach außen erstreckende Flansch des Verbindungselementes derartige radiale Ausmaße besitzen, daß die entsprechenden Rückseiten der Flansche in Anlage gebracht werden. Der Innendurchmesser des Einfassungselementflansches ist genügend groß, um den Durchtritt des röhrenförmigen Elementes außer dessen sich nach außen erstreckenden Flansch aufzunehmen.Each connector assembly also includes a hollow, cylindrical casing member having a radially inwardly extending flange at one end and disposed in coaxial surrounding relationship with the connector member and the housing, the inwardly extending flange of the casing member and the outwardly extending flange of the connector member having radial dimensions such that the respective rear surfaces of the flanges are brought into abutment. The inside diameter of the casing member flange is sufficiently large to accommodate the passage of the tubular member beyond its outwardly extending flange.

Das Einfassungselement ist durch ein Gewinde mit dem Ende des Säulengehäuseelementes verbunden, wobei eine Drehung des Einfassungselementes in einer Richtung in bezug auf das Gehäuseelement dazwischen eine axiale relative Versetzung mit einer zusammengehenden Bewegung der Flansche zueinander hin und der Vorderfläche des Verbindungselementflansches hin zu dem Säulenende mit dem sich ergebenden Zusammendrücken der Dichtung gegen das Säulenende ohne eine wesentliche Drehversetzung in bezug auf das Säulenende erzeugt.The collar member is threadably connected to the end of the column housing member, whereby rotation of the collar member in one direction with respect to the housing member produces an axial relative displacement therebetween with concurrent movement of the flanges toward each other and the front face of the connector flange toward the column end with resultant compression of the seal against the column end without substantial rotational displacement with respect to the column end.

Hier wurden somit die wichtigeren Merkmale der Erfindung eher breit ausgeführt, um deren folgende Beschreibung von Einzelheiten einfacher verständlich zu machen und um den vorliegenden Beitrag zum Stand der Technik besser bewerten zu können. Weitere Merkmale der Erfindung werden vollständiger im folgenden beschrieben. Fachleute werden erkennen, daß die Erkenntnis, auf der diese Offenbarung basiert, einfach als Grundlage für die Gestaltung von anderen Anordnungen zur Ausführung der verschiedenen Zwecke der Erfindung verwendet werden kann. Es ist daher wichtig, daß diese Offenbarung als solche äquivalente Anordnungen enthaltend betrachtet wird, welche nicht von dem Umfang der Erfindung abweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist.Thus, the more important features of the invention have been set forth rather broadly in order to make the following detailed description thereof easier to understand and to better appreciate the present contribution to the art. Other features of the invention are described more fully hereinafter. Those skilled in the art will recognize that the knowledge upon which this disclosure is based can be readily used as a basis for designing other arrangements for carrying out the various purposes of the invention. It is therefore important that this disclosure as such includes equivalent arrangements. which do not depart from the scope of the invention as defined in the appended claims.

Eine Ausführungsform der Erfindung wurde für den Zweck der Erläuterung und Beschreibung ausgewählt und wird in den beigefügten Zeichnungen gezeigt, welche einen Teil der Beschreibung bilden.An embodiment of the invention has been chosen for the purpose of explanation and description and is shown in the accompanying drawings which form a part of the specification.

Short description of the drawings

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Blockdarstellung eines typischen Flüssigkeitschromatographen, der die vorliegende Erfindung verkörpert;Fig. 1 is a block diagram of a typical liquid chromatograph embodying the present invention;

Fig. 2 eine Vorderansicht, teilweise in axialem Schnitt, die die Hochdrucksäulenanordnung darstellt, welche den Konzepten der Erfindung entsprechend entworfen ist;Fig. 2 is a front view, partially in axial section, illustrating the high pressure column assembly designed in accordance with the concepts of the invention;

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht durch das Verbindungselement;Fig. 3 is an axial sectional view through the connecting element;

Fig. 4 eine axiale Schnittansicht durch das Einfassungselement; undFig. 4 is an axial sectional view through the enclosure element; and

Fig. 5 eine axiale Schnittansicht durch das Gehäuseelement.Fig. 5 an axial sectional view through the housing element.

Description of details of the invention

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wo in schematischer Weise ein typisches Flüssigkeitschromatographensystem gezeigt ist. In einem solchen typischen System, ist eine Pumpe 10, die gewöhnlich als Lösungsmittelförderpumpe bezeichnet wird, zum Pumpen einer mobilen Phase durch das System vorgesehen. Die mobile Phase wird zunächst in einen Probeninjektor 12 gepumpt, der verwendet wird, um ein bestimmtes Volumen eines unbekannten flüssigen Materials in den Lösungsmittelfluß einzugeben. Das Lösungsmittel und die unbekannte Flüssigkeit werden dann in die Flüssigkeitschromatographie-Säulenanordnung 14 gepumpt. Die Säulenanordnung umfaßt typischerweise eine zylindrische Säule mit geeigneten Fassungen an ihren entgegengesetzten Enden zur Verbindung mit dem Injektor 12 und dem Detektor 16.Referring first to Fig. 1, there is shown schematically a typical liquid chromatography system. In such a typical system, a pump 10, usually referred to as a solvent feed pump , for pumping a mobile phase through the system. The mobile phase is first pumped into a sample injector 12 which is used to introduce a certain volume of an unknown liquid material into the solvent flow. The solvent and unknown liquid are then pumped into the liquid chromatography column assembly 14. The column assembly typically comprises a cylindrical column with suitable fittings at its opposite ends for connection to the injector 12 and the detector 16.

Die Säule enthält eine Füllung in der Form eines festen, teilchenförmigen Materials, welches für die analysierte Substanz geeignet ist und verschiedene Affinitäten für deren verschiedene Bestandteile aufweist. Während des Flusses der mobilen Phase durch die Säule wird die Durchtrittszeit der einzelnen Bestandteile durch einen Vorgang wiederholter Absorption und Desorption durch die stationäre Phase verzögert, wobei die Länge der Verzögerung (die "Verweilzeit") für jeden der Bestandteile charakteristisch und verschieden ist. Die verschiedenen Bestandteile werden folglich von der Säule zu beabstandeten Zeitintervallen eluiert und erreichen den Detektor 16, der auf die Anwesenheit der Probenbestandteile in der mobilen Phase durch die Erzeugung eines meßbaren Signals reagiert, welches in seiner Intensität proportional zu der Konzentration des erfaßten Bestandteils ist. Somit kann man all dies in einer in der Technik bekannten Weise, bei richtiger Kalibrierung des Instruments aus dem Detektorausgangssignal die genaue Masse der Bestandteilanteile der Probe ermitteln, die durch den Injektor injiziert und durch die Säule 14 getrennt wurde. Nach Hindurchtritt durch den Detektor werden das Lösungsmittel und die Probe in einen geeigneten Abfallcontainer, wie bei 18 bezeichnet, geführt.The column contains a pack in the form of a solid, particulate material suitable for the substance being analyzed and having different affinities for its various constituents. During the flow of the mobile phase through the column, the passage time of the individual constituents is retarded by a process of repeated absorption and desorption by the stationary phase, the length of the delay (the "residence time") being characteristic and different for each of the constituents. The various constituents are thus eluted from the column at spaced time intervals and reach the detector 16 which responds to the presence of the sample constituents in the mobile phase by producing a measurable signal which is proportional in intensity to the concentration of the constituent detected. Thus, all this in a manner well known in the art, with proper calibration of the instrument, one can determine from the detector output the exact mass of the constituent fractions of the sample injected by the injector and separated by the column 14. After passing through the detector, the solvent and sample are directed to a suitable waste container as indicated at 18.

In einem Flüssigkeitschromatographiesystem, das durch die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen wird, entwickelt die Lösungsmittelpumpe in dem System typischerweise einen Flüssigkeitsdruck, der häufig die Größenordnung von mehreren zehn N/mm² (tausende Pfund pro Quadratinch) besitzt. Flüssigkeitsdrücke können in manchen Fällen bis zu einer Höhe von ungefähr 34N/mm² bis ungefähr 69N/mm² (5.000 bis ungefähr 10.000 Pfund pro Quadratinch) gehen. Unter derart hohen Flüssigkeitsdrücken können Schwierigkeiten in bezug auf die Schaffung eines Sickerschutzsystems aufkommen. Daher es nicht selten, daß Säulenverbindungsfassungen vorgesehen werden, die die Verwendung von Hand- oder Maschinenwerkzeugen erfordern, um einen genügenden Dichtungsdruck zwischen den Verbindungselementen zu erzeugen, um eine Systemundichtheit zu verhindern. Dies gilt insbesondere in bezug auf die Säulenendfassungen, die mit dem Einlaßende der Säule verbunden sind, weil das Füllmaterial in der Säule den größten Fließwiderstand auf den Fluß der mobilen Phase durch einen typischen Flüssigkeitschromatographen ausübt, wie er in Fig. 1 dargestellt ist; also bilden sich die höchsten Drucke in dem System erfahrungsgemäß zwischen der Pumpe und der Einlaßseite der Säule.In a liquid chromatography system contemplated by the present invention, the solvent pump in the system typically has a fluid pressure which is often on the order of tens of N/mm² (thousands of pounds per square inch). Fluid pressures can in some cases be as high as about 34N/mm² to about 69N/mm² (5,000 to about 10,000 pounds per square inch). Under such high fluid pressures, difficulties can arise in creating a seepage prevention system. Therefore, it is not uncommon for column connection fittings to be provided which require the use of hand or machine tools to create sufficient sealing pressure between the connectors to prevent system leakage. This is particularly true with respect to the column end fittings connected to the inlet end of the column because the packing material in the column offers the greatest flow resistance to the flow of the mobile phase through a typical liquid chromatograph as shown in Figure 1; Therefore, experience shows that the highest pressures in the system occur between the pump and the inlet side of the column.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo ein Ende einer zylindrischen Säulenanordnung vom Kartuschen-Typ allgemein mit 20 dargestellt ist. Die Kartuschensäulenanordnung 20 umfaßt eine allgemein zylindrisch geformte Säule 22, die eine axiale Bohrung 24 enthält und aus einem Material hergestellt ist, das nicht durch typische Flüssigkeitschromatographielösungsmittel korrodiert wird. In der zentralen Bohrung 24 der Säule 22 ist ein teilchenförmiges Füllmaterial 26 angeordnet, dessen genaue Eigenschaften für die vorliegende Erfindung nicht von Belang, jedoch in der Technik gut bekannt sind.Referring now to Figure 2, one end of a cartridge-type cylindrical column assembly is shown generally at 20. The cartridge column assembly 20 includes a generally cylindrically shaped column 22 containing an axial bore 24 and made of a material that is not corroded by typical liquid chromatography solvents. Disposed within the central bore 24 of the column 22 is a particulate filler material 26, the precise properties of which are not relevant to the present invention but are well known in the art.

An den gegenüberliegenden Enden der Säule 22, besitzt die zentrale Bohrung 24 eine vergrößerte Absenkung, wie es bei 28 dargestellt ist, um eine Ausnehmung bereitzustellen, die zur Aufnahme einer Fritte 30 vorgesehen ist, welche in dieser durch eine Preßpassung oder durch jegliche geeignete, mechanische Haltemittel in anderer Weise befestigt ist. Die Fritte 30 hält das teilchenförmige Material 26 in der zentralen Bohrung 24 zurück und verteilt auch die eingehende mobile Phase. Die Fritte 30, die aus einem herkömmlichen Material hergestellt ist, besitzt eine größere Porösität als die Füllung 26. Folglich kann eine Flüssigkeit, die durch das System hindurchtritt, leichter durch die Fritte 30 als durch das Füllmaterial 28 hindurchtreten.At the opposite ends of the column 22, the central bore 24 has an enlarged depression as shown at 28 to provide a recess intended to receive a frit 30 which is by a press fit or otherwise secured by any suitable mechanical retention means. The frit 30 retains the particulate material 26 in the central bore 24 and also disperses the incoming mobile phase. The frit 30, which is made of a conventional material, has a greater porosity than the packing 26. Consequently, a liquid passing through the system can more easily pass through the frit 30 than through the packing material 28.

Die Säulenverbindungsanordnung enthält ein allgemein hohles, zylindrisches Verbindungselement 32, das mit vergrößerten Einzelheiten in Fig. 3 gezeigt ist. An einem Ende besitzt das Element 32 einen zylindrischen Bereich 34, der einen sich radial nach außen erstreckenden, koaxialen ringförmigen Flansch 60 trägt. An dem von dem Flansch 60 entfernten Ende besitzt das Verbindungselement 32 einen zylindrischen Bereich 70, der in bezug auf den zylindrischen Bereich 34 koaxial und mit einem geringeren Durchmesser ausgebildet ist. In Betriebsanordnung ist das Verbindungselement 32 in koaxialer Gegenlage mit dem Ende der Säule 22 angeordnet, so daß die Achse des zylindrischen Bereiches 34 mit der Achse der Kartuschensäule 20 zusammenfällt. Die Fläche 36 des Flansches 60 enthält eine konzentrische, ringförmige Rille 40, in der ein ringförmiges Dichtungselement 42 (Fig. 1) angeordnet ist. Die Rille 40 ist radial so dimensioniert, daß sie sich in Anlage mit dem Ende der Säule 22 und dem äußersten Bereich der Fritte 30 befindet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Dichtungselement 42, das aus einem Perfluorelastomer wie "KAL-REZ No. 1050" (produziert von Dupont) hergestellt ist, angeordnet, obwohl eine geeignete Dichtung aus anderen ähnlichen Materialien hergestellt werden kann. Alternative Materialtypen sollten eine Kompressionscharakteristik besitzen, die zu der von KAL-REZ No. 1050 ähnlich ist, und in den Lösungsmitteln chemisch inert sein, die in der Flüssigkeitschromatographie verwendet werden. Die Dichtung 42 wird vorzugsweise unter Druck in die Rille 40 eingepaßt, obwohl ein Abschnitt der Dichtung 42, wenn diese vollständig in die Rille 40 eingefügt ist, aus der Rille 40 in eine Richtung herausragt, die zu der Säule 20 weist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt die Rille 40 z.B. eine Tiefe 0,6 mm (0,025 Inch) unterhalb der Fläche 36, wobei die Dichtung eine Dicke von 0,76 mm (0,030 Inch) besitzt. Dementsprechend erstreckt sich die Dichtung 42 in ihrem nicht zusammengedrückten Zustand um 0,013 mm (0,0005 Inch), bei Betrachtung wie in Fig. 2, zur rechten Seite der Fläche 36 des Flansches 60 des Verbindungselementes 32. Dies erlaubt es der Säule 20, die in einer Richtung hin zu dem zylindrischen Bereich 34 zu drücken ist, dabei die Dichtung 42 zusammenzudrücken und eine flüssigkeitsfeste Dichtung zwischen den zwei Elementen bei typischen Flüssigkeitschromatographiedrucken bereitzustellen. Diese Dichtung der Verbindung zwischen den zwei Elementen wird ferner dadurch erleichtert, indem sichergestellt wird, daß die Fläche 38 der Säule 22 mindestens gegen einen Bereich der angrenzenden Fläche der Dichtung 42 anliegt, wenn die Säule 22 und der zylindrische Bereich 34 sich in ihrer richtigen anliegenden Beziehung befinden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.The column connector assembly includes a generally hollow cylindrical connector member 32 shown in enlarged detail in Fig. 3. At one end, member 32 has a cylindrical portion 34 carrying a radially outwardly extending coaxial annular flange 60. At the end remote from flange 60, connector member 32 has a cylindrical portion 70 which is coaxial with and of a smaller diameter relative to cylindrical portion 34. In operative configuration, connector member 32 is disposed in coaxial mating relationship with the end of column 22 so that the axis of cylindrical portion 34 coincides with the axis of cartridge column 20. Face 36 of flange 60 includes a concentric annular groove 40 in which an annular sealing member 42 (Fig. 1) is disposed. The groove 40 is radially dimensioned to engage the end of the column 22 and the outermost portion of the frit 30. As can be seen in Fig. 2, a sealing element 42 made of a perfluoroelastomer such as "KAL-REZ No. 1050" (manufactured by Dupont) is provided, although a suitable seal can be made of other similar materials. Alternative types of material should have a compression characteristic similar to that of KAL-REZ No. 1050 and be chemically inert in the solvents used in liquid chromatography. The seal 42 is preferably pressure fit into the groove 40, although a portion of the seal 42, when fully inserted into the groove 40, projects from the groove 40 in a direction facing the column 20. For example, in a preferred embodiment of the present invention, the groove 40 has a depth of 0.6 mm (0.025 inches) below the surface 36, with the seal having a thickness of 0.76 mm (0.030 inches). Accordingly, the seal 42, in its uncompressed state, extends 0.013 mm (0.0005 inches), as viewed in FIG. 2, to the right of the surface 36 of the flange 60 of the connector 32. This allows the column 20 to be compressed in a direction toward the cylindrical portion 34, thereby compressing the seal 42 and providing a fluid-tight seal between the two elements at typical liquid chromatography pressures. This sealing of the connection between the two elements is further facilitated by ensuring that the surface 38 of the column 22 abuts against at least a portion of the adjacent surface of the seal 42 when the column 22 and the cylindrical portion 34 are in their proper abutting relationship as shown in Fig. 2.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dichtung 42 durch ein Prägestanzverfahren aus einem Stück eines Perfluorelastomermaterials herstellt, das eine Dicke aufweist, die im wesentlichen identisch zu der der gewünschten ringförmigen Dichtung ist.In a preferred embodiment of the present invention, the seal 42 is formed by a stamping process from a piece of perfluoroelastomer material having a thickness substantially identical to that of the desired annular seal.

Es wird erneut auf Fig. 3 Bezug genommen, wonach die Spindel des zentralen Stirnbereiches 46 des Verbindungselementes 32 von der Ebene der Fläche 36 in deren bevorzugte Ausführungsform durch von ungefähr 0,13 mm bis zu ungefähr 0,18 mm (0,005 Inch bis ungefähr 0,007 Inch) ausgenommen ist. Diese Ausnehmung ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß zwischen dem zentralen Stirnbereich 46 und der Fritte 30 eine kleine Lücke gebildet werden wird, wenn die Kartuschensäule 20 gegen das Verbindungselement 32 gedrückt wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Dichtung 42 zusammengedrückt wird, so daß ihr Hervorragen über die Fläche 36 beträchtlich gegenüber ihrem unkomprimierten Zustand reduziert wird. Diese kleine Lücke bildet eine Kammer oder einen Probenverteilungshohlraum 48 zwischen der Fritte 30 und dem Stirnbereich 46, wodurch ein Kanal für die durch die Säule gepumpte Flüssigkeit bereitgestellt wird, um zwischen der zentralen Bohrung 50 und der Fritte 30 in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise hindurchzutreten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil die getestete Flüssigkeit dabei das Füllmaterial der Säule 20 in einer über die gesamte Querschnittsfläche des Bereiches der die Füllung 26 enthaltenden Säule im wesentlichen gleichförmige Konzentration erreicht. Ein weiterer Vorteil, den Hohlraum 48 zu bilden, besteht darin, daß die Fritte 30, welche in diesem Fall als Filter wirkt, nicht leicht Gegenstand einer Verstopfung wird, die durch teilchenförmiges oder anderes fremdes Material in der Flüssigkeit verursacht wird, welche durch die Säule gepumpt wird. Bei gleichmäßiger Verteilung der Flüssigkeit, die die Füllung 26 sowohl erreicht als auch verläßt, über die gesamte Oberfläche der Fritte 30, wird das Verstopfungsproblem wesentlich verringert.Referring again to Fig. 3, the spindle of the central face portion 46 of the connecting element 32 is recessed from the plane of the surface 36 in the preferred embodiment thereof by from about 0.13 mm to about 0.18 mm (0.005 inches to about 0.007 inches). This recess is provided to ensure that there is a clearance between the central face portion 46 and the frit 30 when the cartridge column 20 is pressed against the connector 32, at which time the seal 42 is compressed so that its protrusion above the surface 36 is considerably reduced from its uncompressed state. This small gap forms a chamber or sample distribution cavity 48 between the frit 30 and the end region 46, thereby providing a channel for the liquid pumped through the column to pass between the central bore 50 and the frit 30 in a substantially uniform manner. This is particularly advantageous because the liquid being tested thereby reaches the packing material of the column 20 in a substantially uniform concentration over the entire cross-sectional area of the region of the column containing the packing 26. A further advantage of forming the cavity 48 is that the frit 30, which in this case acts as a filter, is not easily subject to clogging caused by particulate or other foreign material in the liquid being pumped through the column. With the liquid both entering and leaving the packing 26 evenly distributed over the entire surface of the frit 30, the clogging problem is substantially reduced.

Wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, so enthält das Verbindungselement 32, das in axialem Schnitt dargestellt ist, den zylindrischen Bereich 34, der in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist. Dieser zylindrische Bereich 34 ist in Fig. 3 auf der linken Seite eines radial sich erstreckenden Flansches 60 angeordnet, der eine Rückfläche 62 besitzt. In der endgültigen Anordnung der Fassung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement 32 angeordnet, um im wesentlichen rotationsstationär zu bleiben, während es mit einem Einfassungselement 80 verbunden bleibt, welches das Verbindungselement 32 in einer Weise umgibt, die im folgenden in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.Referring now to Fig. 3, the connecting element 32, shown in axial section, includes the cylindrical portion 34 described in connection with Fig. 2. This cylindrical portion 34 is located in Fig. 3 on the left side of a radially extending flange 60 having a rear surface 62. In the final assembly of the socket according to the present invention, the connecting element 32 is arranged to remain substantially rotationally stationary while remaining connected to a bezel element 80 which holds the connecting element 32 in a manner, which is described in more detail below.

Das Verbindungselement 32 enthält einen zweiten zylindrischen Bereich 70, der auf der linken Seite des zylindrischen Bereiches 34, wie es in Fig. 3 gesehen wird, angeordnet ist. Der zylindrische Bereich 70 ist vorzugsweise mit zwei parallelen Flachstellen versehen, die für den Eingriff durch einen Schraubenschlüssel geeignet sind, wobei ermöglicht wird, daß der Verbinder 32 an einem außen mit einem Gewinde versehenen Zuführungsrohr oder ähnlichem (nicht gezeigt) befestigt wird, das in eine Innengewindebohrung 72 eingeführt wird. Es wird verständlich sein, daß Werkzeuge für die Befestigung des Verbindungselementes 32 an einem Zuführungsrohr erforderlich sein können, dies jedoch nicht für ein Entkoppeln und Wechseln der Säule. Obwohl eine Gewindeverbindung gezeigt und beschrieben ist, sollte bemerkt werden, daß andere herkömmliche Befestigungsformen verwendet werden können, um ein Rohr mit der Innenfläche der Bohrung 72 zu verbinden.The connector 32 includes a second cylindrical portion 70 located to the left of the cylindrical portion 34 as viewed in Figure 3. The cylindrical portion 70 is preferably provided with two parallel flats suitable for engagement by a wrench, thereby allowing the connector 32 to be secured to an externally threaded feed tube or the like (not shown) inserted into an internally threaded bore 72. It will be understood that tools may be required for securing the connector 32 to a feed tube, but not for uncoupling and changing the column. Although a threaded connection is shown and described, it should be noted that other conventional forms of fastening may be used to connect a tube to the inner surface of the bore 72.

Die Innenfläche der Bohrung 72 verjüngt sich in dem mit 76 bezeichneten Bereich graduell einwärts in der Richtung der Endfläche 46, bis sie mit der zentralen Bohrung 50 aufgeht. Die bestimmte Gestaltung dieses Bereiches des Verbindungselementes ist nicht besonders kritisch und kann jede geeignete alternative körperliche Gestalt einnehmen, die gewünscht ist. Bei dieser bevorzugten Form ist die Gestalt an einen Chemieverfahrens-Industrieverbinder mit 1,59 mm (1/16") angeglichen, wobei die zentrale Bohrung 50 vorzugsweise einen Durchmesser besitzt, der ungefähr derselbe wie die zentrale Flüssigkeitsführungsbohrung des Einlaß- oder Auslaßrohres ist, die in dem Verbindungselement anzubringen ist. Die Bohrung 50 besitzt einen Durchmesser und eine Länge der Art, daß die durchzuführende Chromatographieanalyse nicht nachteilig beeinflußt wird.The inner surface of the bore 72 gradually tapers inwardly in the region designated 76 in the direction of the end face 46 until it merges with the central bore 50. The particular configuration of this region of the connector is not particularly critical and can take any suitable alternative physical shape that is desired. In this preferred form, the configuration is adapted to a 1/16" chemical process industrial connector, with the central bore 50 preferably having a diameter approximately the same as the central fluid guide bore of the inlet or outlet tube to be mounted in the connector. The bore 50 has a diameter and length such that the chromatographic analysis to be performed is not adversely affected.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement 32 aus einer Titanlegierung hergestellt, die in der Gegenwart von typischen Flüssigkeitschromatographielösungsmitteln nicht korrodiert. Ein typischer Durchmesser des zylindrischen Bereiches 34 des Verbindungselementes 32 beträgt 7,6 mm (0,300 Inch).In the preferred embodiment of the present invention, the connector 32 is made of a titanium alloy that does not corrode in the presence of typical liquid chromatography solvents. A typical diameter of the cylindrical portion 34 of the connector 32 is 7.6 mm (0.300 inches).

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo ein Einfassungselement 80 der erfindungsgemäßen Fassung in axialer Schnittansicht gezeigt ist. Das Einfassungselement 80 besitzt eine äußere Oberfläche, die allgemein mit 82 bezeichnet ist und in geeigneter Weise mit Rillen versehen oder aufgerauht ist, so daß sie einfach durch die Hand des Betreibers gegriffen werden kann. Das Einfassungselement 80 ist mit einem sich radial nach innen erstreckenden ringförmigen Flansch 84 versehen, der mit dem passenden, sich radial nach außen erstreckenden Flansch 60 zusammenwirkt, um das Verbindungselement 32 an die Kartuschensäule 20 zu koppeln, wie es im folgenden genauer beschrieben wird. Sich zu der rechten Seite des Flansches 84, gesehen wie in Fig. 4, erstreckend, befindet sich ein zylindrisch geformter Bereich, der allgemein mit 96 bezeichnet ist und einen Innengewindeabschnitt 98 zur Verbindung mit einem Außengewindeabschnitt 102 eines Gehäuses 99 (Fig. 5) enthält, welches dazu vorgesehen ist, die Säule 22 zu umgeben, wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist.Referring now to Figure 4, a rim member 80 of the socket of the invention is shown in axial sectional view. The rim member 80 has an outer surface, generally designated 82, which is suitably grooved or roughened so that it can be easily grasped by the operator's hand. The rim member 80 is provided with a radially inwardly extending annular flange 84 which cooperates with the mating radially outwardly extending flange 60 to couple the connector member 32 to the cartridge column 20, as will be described in more detail below. Extending to the right of the flange 84 as viewed in Fig. 4 is a cylindrically shaped region generally designated 96 which includes an internally threaded portion 98 for connection to an externally threaded portion 102 of a housing 99 (Fig. 5) which is intended to surround the column 22 as best seen in Fig. 2.

Gemäß Fig. 5 umfaßt das Gehäuse 99 einen zylindrischen Körper 100 mit einem Außengewinde 102 an jedem Ende zum Eingriff mit entsprechenden Einfassungselementen 80. Das Gehäuse kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das in der Lage ist, den mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, die darauf ausgeübt werden, wobei es, weil es nicht in direkter Berührung mit den Flüssigkeitschromatographielösungsmitteln kommt, nicht notwendigerweise aus einem Material hergestellt sein muß, das gegenüber solchen Lösungsmitteln korrosionsbeständig ist.As shown in Figure 5, the housing 99 comprises a cylindrical body 100 having an external thread 102 at each end for engaging respective enclosure members 80. The housing may be made of any suitable material capable of withstanding the mechanical stresses imposed thereon, and since it does not come into direct contact with the liquid chromatography solvents, it need not necessarily be made of a material that is corrosion resistant to such solvents.

Bei einem normalen Anordnungsbetrieb sind die Gewindebereiche 72 des Verbindungselementes 32 jeweils entsprechend mit dem Probeninjektor und dem Detektor verbunden. Ein Ende des Kartuschensäulengehäuses 99 ist durch Schraubengewinde 98 und passende Schraubengewinde 102 mit einem Einfassungselement 80 verbunden. Die Kartuschensäule 20 wird in das Gehäuse eingeführt und das andere Einfassungselement wird mit dem anderen Ende des Gehäuses verbunden. Beide Einfassungselemente werden gedreht, bis die Dichtungen 42 jeweils entsprechend mit den Fritten 30 an den Kartuschensäulenenden in Eingriff stehen. Ein Ring oder Absatzstück 104, siehe Fig. 2, ist zwischen jedem Flansch 84 und dem entsprechenden Flansch 60 eingefügt. Der Ring besitzt einen geringen Reibungskoeffizienten, um die Drehbewegung zwischen den entsprechenden Einfassungen 80 und dem Verbindungselement 32 während des Zusammensetzens zu erleichtern. Ein bevorzugtes Material für den Ring ist Delrin.In normal assembly operation, the threaded portions 72 of the connector 32 are connected to the sample injector and detector, respectively. One end of the cartridge column housing 99 is connected to a collar member 80 by screw threads 98 and matching screw threads 102. The cartridge column 20 is inserted into the housing and the other collar member is connected to the other end of the housing. Both collar members are rotated until the seals 42 respectively engage the frits 30 on the cartridge column ends. A ring or shoulder 104, see Fig. 2, is inserted between each flange 84 and the corresponding flange 60. The ring has a low coefficient of friction to facilitate rotational movement between the corresponding collars 80 and the connector 32 during assembly. A preferred material for the ring is Delrin.

Eine Hochdruckflüssigkeitsdichtung wird durch manuelles Drehen der Einfassungselemente 80 in entgegengesetzte Richtungen bewirkt, bis ein starker Widerstand gefühlt wird. Nach dem Zusammensetzen werden die Einfassungselemente 80 in bezug auf die zugehörigen Verbindungselemente 32 durch Einführungen eines Waldes-"E"-Ringes 106 oder gleichwertig in ringförmigen Schlitzen 108 (wie es in Fig. 3 gezeigt ist), die für den Zweck in den Verbindungselementen 32 vorgesehen sind, positionsverriegelt. Insoweit die Einfassungselemente 80 sich drehen können, während die Verbindungselemente 32 rotationsstationär bleiben, wird der Abrieb zwischen den Dichtungselementen 42 und den Enden der Kartuschensäule minimiert. Es wurde festgestellt, daß ein solches Handanziehen der Einfassungselemente einen genügenden Druck auf die Dichtung ausübt, um ein System bereitzustellen, das übermäßigen Drücken von ungefähr 103N/mm² bis ungefähr 138N/mm² (15.000 bis ungefähr 20.000 Pfund pro Quadratinch) widersteht. Ferner beseitigt diese neue und verbesserte Anordnung die Notwendigkeit, entweder den Probeninjektor oder den Detektor abzutrennen, wenn Säulen gewechselt werden. Wie beschrieben wurde, ermöglicht es eine erfindungsgemäße Anordnung, die Säulen leicht ohne den Gebrauch von speziellen Werkzeugen zu wechseln.A high pressure fluid seal is effected by manually rotating the collar members 80 in opposite directions until strong resistance is felt. After assembly, the collar members 80 are locked in position with respect to the associated connector members 32 by inserting a Waldes "E" ring 106 or equivalent into annular slots 108 (as shown in Fig. 3) provided for the purpose in the connector members 32. Inasmuch as the collar members 80 can rotate while the connector members 32 remain rotationally stationary, abrasion between the sealing members 42 and the ends of the cartridge column is minimized. It has been found that such hand tightening of the edging elements provides sufficient pressure on the seal to provide a system that will withstand excessive pressures of about 103N/mm² to about 138N/mm² (15,000 to about 20,000 pounds per square inch). Furthermore, this new and improved arrangement eliminates the need to disconnect either the sample injector or the detector when changing columns. As described, an arrangement according to the invention allows the columns to be changed easily without the use of special tools.

Obwohl die spezielle Ausführungsform der Erfindung hier für den Zweck der Erklärung beschrieben wird, werden nach dem Studium dieser Beschreibung den Fachleuten, an die sich die Erfindung richtet, weitere Modifikationen ersichtlich werden. Es sollte entsprechend auf die beigefügten Ansprüche Bezug genommen werden, um den Umfang der Erfindung zu bestimmen.Although the specific embodiment of the invention is described herein for the purpose of explanation, after a study of this specification, further modifications will become apparent to those skilled in the art to which the invention pertains. Reference should accordingly be made to the appended claims to determine the scope of the invention.

Claims

1. A liquid chromatography column assembly (20) comprising:

a hollow, cylindrical separation column (22) containing a filling material (26) which forms the stationary phase;

a liquid-permeable disc-shaped frit (30) mounted at each end of the column for holding the packing material;

a column connection assembly for each end of the column, containing:

a tubular connector (32) having at one end a concentric, radially outwardly extending annular flange (60) disposed coaxially with the column and with the front face (36) of the flange in opposing relation to one end of the column;

an annular sealing element (42) arranged on the connecting element (32);

a cylindrical enclosure member (80) having a radially inwardly extending flange (84) at one end and disposed in coaxial relationship with the connecting member (32), the radially inwardly extending flange (84) of the enclosure member (80) and the radially outwardly extending annular flange (60) of the connecting member (32) having such radial dimensions, that the respective rear surfaces (62) of the flanges (84, 60) are brought into abutment and the inner diameter of the flange (84) of the enclosure element is sufficient to accommodate the passage of the tubular connecting element (31) beyond its outwardly extending flange (60), the inwardly extending flange (84) of the enclosure element (80) cooperating with the matching outwardly extending flange (60) of the connecting element (32); and

Means (98, 102) for threadably connecting the enclosure member (80) to the column (22), wherein rotation of the enclosure member in a direction with respect to the column therebetween produces axial relative displacement and compression of the seal (42) against the end of the column and a peripheral region of the frit (30),

characterized,

that the column assembly (20) further comprises a cylindrical housing (99) enclosing the column, and the enclosure element (80) is arranged in coaxial relation to the housing and is connected thereto by the threaded connection means (98, 102); and

that the front face (36) of the outwardly extending flange (60) of the connecting element (32) includes a concentric annular groove (40) with the seal (42) disposed therein and projecting beyond the front face, the groove being radially disposed to engage the end of the column (22), and the outermost peripheral portion of the frit (30) pressing the seal (42) against the end of the column (22) without substantial rotational displacement therefrom.

2. The column connector assembly of claim 1 further comprising a low friction ring disposed between the opposing rear surfaces of the radially outwardly extending annular flange on the connector member and the radially inwardly extending annular flange on the enclosure member.

3. An assembly according to claim 2, further comprising means for locking the enclosure member in an operative position with respect to the connecting member.

4. An assembly according to claim 3, wherein the means for locking comprises an "E" ring disposed in an annular slot.

5. Arrangement according to claim 1, wherein the connecting element sides have centrally recessed areas for forming sample distribution recesses adjacent to the frit to enable the samples to be distributed radially evenly.

6. The assembly of claim 5, wherein the recess is between about 0.13 mm (0.005 inches) and about 0.18 mm (0.007 inches).

7. A column connection assembly according to claim 1, wherein the threaded connection means includes a threaded portion at one end of the cylindrical housing.

8. An assembly according to claim 7, wherein the threaded connection means further includes a threaded portion on the enclosure member that mates with the threaded portion on the cylindrical housing.

9. An assembly according to claim 1, wherein the sealing element is made of a perfluoroelastomer.